A genética bacteriana abrange o estudo de genes, genomas e hereditariedade em bactérias. As bactérias possuem notável plasticidade genética, permitindo-lhes adaptar-se rapidamente a mudanças ambientais através de mutação e mecanismos de transferência horizontal de genes.
Organização do Genoma Bacteriano
O cromossomo bacteriano é uma molécula de DNA circular de fita dupla, tipicamente de 0,5–10 Mb, organizada em uma região nucleoide sem membrana nuclear — E. coli tem um genoma de ~4,6 Mb codificando ~4.300 genes. Plasmídeos são pequenas moléculas de DNA extracromossômico circular que se replicam independentemente, carregando genes acessórios para resistência a antibióticos, fatores de virulência e capacidades metabólicas. Transposons são elementos genéticos móveis que podem se mover dentro ou entre moléculas de DNA, frequentemente carregando genes de resistência a antibióticos.
Mutação em Bactérias
Mutações puntuais são substituições de base única (transição ou transversão) que podem alterar um aminoácido (missense), criar um códon de parada (nonsense) ou não ter efeito (silenciosa). Mutações de deslocamento de quadro são inserções ou deleções de bases que deslocam a matriz de leitura, geralmente produzindo uma proteína não funcional. As taxas de mutação em bactérias são de aproximadamente 10⁻⁶ a 10⁻⁹ por par de base por geração, mas podem aumentar sob estresse via resposta SOS. O teste de Ames usa mutantes de Salmonella typhimurium para detectar mutágenos químicos.
Transferência Horizontal de Genes
A transformação envolve a captação de DNA livre do ambiente por células bacterianas competentes; a competência natural ocorre em Bacillus subtilis, Streptococcus pneumoniae e Neisseria gonorrhoeae. A conjugação é a transferência direta de DNA célula a célula via um pilus conjugativo, codificado pelo plasmídeo F (fertilidade) em E. coli, e pode transferir plasmídeos e genes cromossômicos entre diferentes espécies. A transdução é a transferência de DNA bacteriano por bacteriófagos — a transdução generalizada transfere qualquer fragmento cromossômico, enquanto a transdução especializada transfere genes específicos adjacentes ao sítio de integração do fago.
Regulação Gênica
O operon lac em E. coli é o modelo clássico de regulação gênica induzível, controlado pelo repressor lac e pela proteína ativadora de catabólito (CAP). O operon trp é um sistema repressível regulado pelos níveis de triptofano através de atenuação e do repressor trp. O quorum sensing permite que as bactérias regulem a expressão gênica em resposta à densidade populacional usando moléculas autoindutoras como N-acil homoserina lactonas.
Aplicações
A engenharia genética usa plasmídeos bacterianos e enzimas de restrição para clonar genes e produzir proteínas recombinantes como insulina, hormônio do crescimento e vacinas. O rastreamento de genes de resistência a antibióticos é aplicado em ambientes clínicos e ambientais. O CRISPR-Cas9, derivado da imunidade adaptativa bacteriana, tornou-se uma ferramenta revolucionária para edição de genomas.
